电桥电路

电桥电路：从基本原理到核心应用

一、基本结构与原理

电桥电路由四个桥臂组成，这四个桥臂可以是电阻或其他元件，形成一个闭合回路。其核心原理是通过桥臂参数的平衡状态来实现精确测量。当满足特定的平衡条件时，输出端的电压或电流为零。通过这一平衡状态，我们可以推导出未知元件的参数。

二、分类与工作模式

1. 按电源类型分类：

直流电桥：主要用于电阻测量，其中惠斯通电桥是最典型的代表。

交流电桥：能够扩展至电容、电感等交流参数的测量，如维恩电桥和麦克斯韦电桥。

2. 按桥臂配置分类：

单臂工作：仅一个桥臂接入被测参数，如电阻应变片，灵敏度相对较低。

半桥/全桥：两臂或四臂均接入被测参数，适用于高灵敏度场景，如传感器应用。

还有H桥和开尔文电桥（双臂电桥）等特殊类型，分别用于电机控制和超低电阻测量。

三、输出方式与灵敏度

电桥电路的输出方式包括电压型和电流型。电压型输出通过测量输出电压变化来反映参数差异，适用于高阻抗负载；电流型输出则直接检测电流的平衡状态，常用于低阻抗系统。为了提高测量分辨率，可以通过调整电源电压、桥臂电阻比例以及检测仪表精度来优化灵敏度。

四、核心应用场景

1. 精密测量：用于电阻、电容、电感等参数的高精度测量，如实验室仪器和传感器信号调理。

2. 电力电子与控制系统：包括桥式整流电路、逆变器与变流器、谐波抑制等应用。

3. 工业与科研领域：用于材料特性分析、电力系统监测等。

五、典型电路示例

1. 惠斯通电桥：其中R/R为已知电阻，R为可调电阻，R为待测电阻。当满足平衡条件时，通过调节R使检流计归零。

2. 全桥应变测量电路：四臂均接入应变片，微小形变引起电阻变化，输出差分电压放大后用于应力分析。

六、设计考量

在设计电桥电路时，需要考虑元件匹配、温度补偿和抗干扰设计等因素。桥臂参数的对称性直接影响测量精度，因此元件匹配至关重要。采用半桥或全桥结构可以抵消环境温度变化引起的误差。为了减小外部噪声影响，可以采用屏蔽线、共模抑制等技术进行抗干扰设计。

电桥电路以其高精度和灵活性，成为电子测量、传感器技术及电力系统的核心基础模块。